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Los nuevos materiales del bio-híbrido se podían utilizar como sensores, catalizadores, sistemas del droga-lanzamiento, más

Las bacterias desempeñan un papel en procesos industriales innumerables de la fermentación que limpia la contaminación ambiental. Pero conectando libremente en la solución, las células microbianas se multiplican constante, generando la biomasa que debe ser quitada periódicamente, causando tiempo fuera de servicio. Además, los microorganismos no pueden ser localizados a una región específica de interés.

Ahora, los científicos en el Ministerio de los E.E.U.U. de laboratorio (DOE) nacional de Brookhaven de la Energía y la universidad pedregosa del arroyo han ideado una manera de encapsular bacterias en un hidrogel sintetizado del polímero. Estos nuevos, estable, los materiales del bio-híbrido mantienen la capacidad de los microbios de intercambiar los alimentos y los productos metabólicos por su ambiente, y podrían encontrar usos dispersos, por ejemplo, como los biosensores, catalizadores, sistemas del droga-lanzamiento, o en el tratamiento de aguas residuales. El método y los resultados se describen en un papel publicado en línea por los procedimientos de la National Academy of Sciences la semana del 3 de agosto de 2009.

Este micrográfo de electrón de la exploración muestra la bacteria varilla-dada forma de Pseudomonas Fluorescens embalada totalmente dentro de las fibras del polímero de un tejido abierto, hidrogel poroso formado electrospinning. En estos materiales del bio-híbrido, las bacterias siguen siendo inmovilizadas pero viables para los usos en biotecnología. La barra blanca de la escala en la esquina inferior derecha mide 1 micrómetro.”
Este micrográfo de electrón de la exploración muestra la bacteria varilla-dada forma de Pseudomonas Fluorescens embalada totalmente dentro de las fibras del polímero de un tejido abierto, hidrogel poroso formado electrospinning. En estos materiales del bio-híbrido, las bacterias siguen siendo inmovilizadas pero viables para los usos en biotecnología. La barra blanca de la escala en la esquina inferior derecha mide 1 micrómetro.”

“En gran medida, nuestra investigación está intentando imitar los biofilms que muchos microorganismos forman en naturaleza,” dijo el revelador Chidambaram, autor correspondiente del científico de los materiales del laboratorio de Brookhaven en el estudio. “Estos forma de comunidades compleja y dinámica cuando los microbios se encapsulan en una matriz extracelular del polímero, que les ofrece la considerable protección contra retos ambientales tales como cambios en acidez o salinidad, e incluso agentes antimicrobianos.

“Nuestra meta es desarrollar biofilms sintetizados, bajo la forma de materiales bioactivos que se podrían producir seguro en una escala industrial, y utilizado o reutilizado contínuo para un alcance de usos. Este estudio, que denuncia la generación de un material fibroso polimérico muy fino en el cual los microbios mantengan su capacidad de funcionar, representa un paso importante hacia lograr esa meta.”

Este micrográfo de electrón de la exploración muestra los mobilis dados forma varilla de Zymomonas en las fibras reticuladas del polímero. Estos materiales del bio-híbrido son insolubles en agua, y las bacterias siguen siendo inmovilizadas pero viables para los usos en biotecnología. Este microbio determinado se utiliza en la producción de bioetanol.
Este micrográfo de electrón de la exploración muestra los mobilis dados forma varilla de Zymomonas en las fibras reticuladas del polímero. Estos materiales del bio-híbrido son insolubles en agua, y las bacterias siguen siendo inmovilizadas pero viables para los usos en biotecnología. Este microbio determinado se utiliza en la producción de bioetanol.

Las tentativas anteriores de encapsular bacterias viables en materiales insolubles sufrieron de varios defectos, según los investigadores. Primeros, los materiales de encapsulado eran generalmente películas que finas más grandes de los órdenes de magnitud. Porque los alimentos o los reactivo tuvieron que difundir lejos en estos materiales para alcanzar los microbios, actividad - y viabilidad del microbio - sufridas por consiguiente.

Para superar estos problemas, las personas Brookhaven-Pedregosas del arroyo utilizaron una técnica llamada el electrospinning, que utiliza la fuerza electroestática para producir filamentos del polímero. En este proceso, una solución del polímero que contiene el microorganismo del interés se hace girar para crear fibras.

Un reto desarrollaba un sistema del polímero-disolvente que no sería tóxico a las bacterias. Otro lograba una estructura con suficiente porosidad para facilitar la transferencia de materiales tales como alimentos y residuos entre los microbios y su ambiente. Además, el material final debe ser hecho insoluble así que seguiría habiendo intacto en los ambientes acuosos previstos para muchos usos potenciales.

Los científicos hicieron frente a estos retos con una serie de experimentos para desarrollar un método para producir sus fibras. Lograron su objetivo - un material polimérico insoluble, fibroso en el cual las bacterias relevantes fueron encapsuladas industrial y seguidas siendo con éxito viables - usando un polímero no tóxico, no-biodegradable, soluble en agua conocido como FDMA como el agente del encapsulado, y por la interconexión las fibras en una solución del glicerol después de la encapsulación para evitar que el material disuelva en ambientes acuosos.

El microscopio electrónico de exploración y las imágenes fluorescentes de la microscopia revelan las bacterias varilla-dadas forma embaladas totalmente dentro de las fibras minúsculas del polímero. Las fibras forman a malla-como la armadura al azar con un ideal abierto de la estructura de poro para el uso como los electrodos, las membranas, o filtros. Las pruebas adicionales mostraron que un alto porcentaje de las bacterias seguía siendo viable por hasta varios meses, y su actividad metabólica no fue afectada por la inmovilización. Con todo las células bacterianas encapsuladas no repliegan. Por lo tanto no hay retiro de la biomasa acumulada necesario.

Las bacterias elegidas para este estudio - de los géneros pseudomonas, Zymomonas, y Escherichias - tienen ya usos industriales, tales como glucosa de la fermentación para producir el etanol (una reacción dominante de la producción del combustible biológico de la materia de la instalación). Los materiales insolubles que contenían tales bacterias se podían también utilizar para desarrollar biosensores sofisticados, reutilizables, sistemas estables del droga-lanzamiento, y las barreras reactivas permeables para limpiar el agua subterránea contaminada.

Además de Chidambaram, los colaboradores en la investigación descrita en el papel de PNAS son: Ying Liu (estudiante de tercer ciclo) y Miriam Rafailovich del centro avanzado de la investigación en y de tecnología materias energéticas y de la universidad pedregosa del arroyo, y ariete Malal y Daniel Cohn de la universidad hebrea de Jerusalén. Una solicitud de patente se ha presentado para este método de producir hidrogeles del biohybrid así como diversos usos.